We herein propose a new design procedure of a flexible container ship model where the vertical bending and torsional vibration modes are similar to its prototype. To achieve similarity in torsional vibration mode shapes, the height of the shear center of the model must be located below the bottom hull, similar to an actual container ship with large opening decks. Therefore, we designed a ship model by imparting appropriate stiffness to the hull, using urethane foam without a backbone. We built a container ship model according to this design strategy and validated its dynamic elastic properties using a decay test. We measured wave-induced structural vibrations and present the results of tank experiments in regular and freak waves.
The U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) Regulatory Guide (RG) 1.20 provides guidance on the comprehensive vibration assessment program (CVAP) to be performed on reactor internals during preoperational and startup tests. The purpose of the program is to identify loads that could cause vibration in the reactor internals and to ensure that these vibrations do not affect their structural integrity. The structural vibrational analysis program involves creating finite element analysis models of the reactor internals and calculating their structural responses when subjected to vibration loads. The appropriateness of the structural analysis methodology must be demonstrated through benchmarks or any other reasonable means. Although existing structural analysis methodologies have been proven to be appropriate and are widely used, this paper presents the development of an improved new structural analysis methodology for APR1400 reactor internals using scaled model tests.
Lais, Stefan;Liang, Quanwei;Henggeler, Urs;Weiss, Thomas;Escaler, Xavier;Egusquiza, Eduard
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.303-314
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2009
The present paper shows the results of numerical and experimental modal analyses of Francis runners, which were executed in air and in still water. In its first part this paper is focused on the numerical prediction of the model parameters by means of FEM and the validation of the FEM method. Influences of different geometries on modal parameters and frequency reduction ratio (FRR), which is the ratio of the natural frequencies in water and the corresponding natural frequencies in air, are investigated for two different runners, one prototype and one model runner. The results of the analyses indicate very good agreement between experiment and simulation. Particularly the frequency reduction ratios derived from simulation are found to agree very well with the values derived from experiment. In order to identify sensitivity of the structural properties several parameters such as material properties, different model scale and different hub geometries are numerically investigated. In its second part, a harmonic response analysis is shown for a Francis runner by applying the time dependent pressure distribution resulting from an unsteady CFD simulation to the mechanical structure. Thus, the data gained by modern CFD simulation are being fully utilized for the structural design based on life time analysis. With this new approach a more precise prediction of turbine loading and its effect on turbine life cycle is possible allowing better turbine designs to be developed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.983-999
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2014
The structural design of the ships includes two main issues which should be checked carefully, namely the extreme structural response (yielding & buckling) and the fatigue structural response. Even if the corresponding failure modes are fundamentally different, the overall methodologies for their evaluation have many common points. Both issues require application of two main steps: deterministic calculations of hydro-structure interactions for given operating conditions on one side and the statistical post-processing in order to take into account the lifetime operational profile, on the other side. In the case of ultra large ships such as the container ships and in addition to the classical quasi-static type of structural responses the hydroelastic structural response becomes important. This is due to several reasons among which the following are the most important: the increase of the flexibility due to their large dimensions (Lpp close to 400 m) which leads to the lower structural natural frequencies, very large operational speed (> 20 knots) and large bow flare (increased slamming loads). The correct modeling of the hydroelastic ship structural response, and its inclusion into the overall design procedure, is significantly more complex than the evaluation of the quasi static structural response. The present paper gives an overview of the different tools and methods which are used in nowadays practice.
Drying shrinkage in concrete caused by drying and the associated decrease in moisture content is one of the most important factors influencing the long-term deflection of steel-concrete composite slabs. The presence of profiled steel decking at the bottom of the composite slab causes non-uniform drying from top and bottom of the slab resulting non-uniform drying shrinkage. In this paper, a hydro-mechanical analysis method is proposed to simulate the development of non-uniform shrinkage through the depth of the composite slab. It also demonstrates how this proposed analysis method can be used in conjunction with previously presented structural analysis model to calculate the effects of non-uniform shrinkage on the long-term deflection of the slab. The method uses concrete moisture diffusion model to simulate the non-uniform drying of composite slab. Then mechanical models are used to calculate resulting shrinkage strain from non-uniform drying and its effect on the long-term behaviour of the composite slabs. The performance of the proposed analysis method is validated against experimental data.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.150-155
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2000
In this study, deformation analysis for solid-liquid coupled structure has been performed using explicit finite element program In order to model the behavior of liquid, SPH (Smooth Particle Hydrodynamics) algorithm was adopted. Crash test and simulation for the hydro-type impact energy absorber were given as an example of industrial application. The obtained good correlation between the test results and simulation reveals that the proposed method could be used effectively for the structural analysis of solid-liquid coupled problems
The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.
Estimating fatigue damage is a very important issue in the design of ships. The springing and whipping response, which is the hydro-elastic response of the ship, can increase the fatigue damage of the ship. So, these phenomena should be considered in the design stage. However, the current studies on the the application of springing and whipping responses at the design stage are not sufficient. So, in this study, a prediction method was developed using fluid-structural interaction analysis to assess of the fatigue damage induced by springing and whipping. The stress transfer function (Stress RAO) was obtained by using the 3D FE model in the frequency domain, and the fatigue damage, including linear springing, was estimated by using the wide band damage model. We also used the 1D beam model to develop a method to estimate the fatigue damage, including nonlinear springing and whipping by the vertical bending moment in the short-term sea state. This method can be applied to structural members where fatigue strength is weak to vertical bending moments, such as longitudinal stiffeners. The methodology we developed was applied to 325K VLOC, and we analyzed the effect of the springing and whipping phenomena on the existing design.
Ji-Won Kim;Chang-Ho Hong;Jin-Seop Kim;Sinhang Kang
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.3
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pp.191-208
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2024
In this study, a hydro-mechanical-damage coupled analysis model was developed to evaluate the structural safety of radioactive waste disposal structures. The Mazars damage model, widely used to model the fracture behavior of brittle materials such as rocks or concrete, was coupled with conventional hydro-mechanical analysis and the developed model was verified via theoretical solutions from literature. To derive the numerical input values for damage-coupled analysis, uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength tests were performed on concrete samples made using the mix ratio of the disposal concrete silo cured under dry and saturated conditions. The input factors derived from the laboratory-scale experiments were applied to a two-dimensional finite element model of the concrete silos at the Wolseong Nuclear Environmental Management Center in Gyeongju and numerical analysis was conducted to analyze the effects of damage consideration, analysis technique, and waste loading conditions. The hydro-mechanical-damage coupled model developed in this study will be applied to the long-term behavior and stability analysis of deep geological repositories for high-level radioactive waste disposal.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.523-533
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2015
A reactor containment acts as a final barrier to prevent leakage of radioactive material due to the possible reactor accidents into external environment. Because of the functional importance of the containment building, the SIT(Structural Integrity Test) for containments shall be performed to evaluate the structural acceptability and demonstrate the quality of construction. An initial numerical analysis was performed to simulate the results obtained from the SIT for a prestressed concrete(PSC) structure. But the analysis results by the initial model expected smaller displacements than the measured ones by 30% at some locations. Accordingly, the research and development to improve the initial model to corelate the measured results of the SIT more properly have been performed. In this paper, the effects of the loss of concrete due to duct for tendons and the contact of duct and tendons in un-bonded tendon system are mainly evaluated based on the preliminary analysis results. In addition, the importances of the proper definition of mesh connectivity among structural elements of concrete, liner plates, rebars and tendons are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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